简述南水北调中线膨胀土(岩)工程问题的研究和处理

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 简述南水北调中线膨胀土(岩) 工程问 题的研究和处理 【摘要】膨胀土是一种具有特殊 性质的土，其处理技术难度、处理工程 量和投资都比较大，是南水北调中线工 程面临的关键技术问题之一。南水北调 中线一期工程总干渠沿线涉及到膨胀土 问题的渠段较长，涉及范围广、条件复 杂，任何局部的边坡失稳、衬砌结构的 破坏都将可能影响渠道正常输水。本文 回顾了南水北调中线膨胀土工程问题的 研究进展，简要介绍了渠道膨胀土（岩） 处理设计和施工方法，简单分析了渠道 施工期和运行期的安全监测成果，对膨 胀土渠段的稳定性做出了评价。 中国论文网 /6/view-12984830.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 【关键词】南水北调中线膨胀土 工程；稳定性；研究进展；处理方法； 安全检测分析 南水北调中线工程总干渠明渠段 涉及到膨胀土（岩）累计长度约 340km，占总干渠全长的 24%。膨胀土 因其特殊的工程属性，易造成渠坡失稳， 对工程安全运行影响很大，因此，膨胀 土的处理是南水北调工程的主要技术问 题之一。 我国从上世纪 60 年代起对南水 北调中线工程膨胀土问题进行研究，了 解膨胀土的工程特性、试验技术以及处 理措施，在现场开展“ 膨胀土渠坡变形 和稳定”、 “降雨对膨胀土边坡稳定的影 响”等现场观测和试验。在国务院正式 批复南水北调中线工程总体规划后，选 取南阳膨胀土试验段和新乡膨胀岩现场 试验段进行现场试验，并进行室内开展 了大型静力模型试验和离心模型试验研 究，取得了重大进展。 一、南水北调中线膨胀土（岩） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 问题研究进展 “膨胀土地段渠道破坏机理及处 理技术研究” 以南水北调中线工程的膨 胀土问题为工程背景，针对膨胀土（岩） 边坡稳定的世界级难题，以国内外最大 规模的膨胀土（岩）渠道原型试验为依 托，运用地质勘察、现场试验、室内试 验、大型静力模型、离心模型试验、数 值分析等多种研究手段，有效地解决了 膨胀土渠道边坡稳定关键问题，在膨胀 土的破坏机理、膨胀土的现场快速判别、 膨胀土的强度指标及其试验方法、稳定 分析方法以及处理措施等方面均取得了 突破性的进展。 （一）有关膨胀土边坡的破坏机 理 研究人员根据现场观测和试验研 究、结合数值模拟等多种手段，首次明 确提出了膨胀土边坡的 2 种破坏机理， 即：裂隙强度控制下的边坡滑动和膨胀 作用下的边坡滑动，并从力学机理上分 别对这 2 种模式的破坏过程进行了系统 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 的分析。该破坏模式的提出，重视了渠 坡滑动时第一推动力的作用，强调了土 体“首次滑动 ”的原因。该成果为膨胀土 边坡处理措施的设计奠定了基础。 （二）膨胀土的边坡稳定分析 膨胀土的边坡稳定分析，是膨胀 土边坡设计的基础。研究人员在认真分 析了膨胀土的破坏机理以后，提出对于 不同的破坏机理应采用不同的分析理论 和分析方法。通过一系列实验分析，运 用力学和数学方法，归纳数学模型，建 立了膨胀土边坡稳定的有限元分析方法。 同时提出了反映裂隙空间分布的稳定分 析方法，提出了膨胀土渠道边坡的处理 原则和思路，从而从理论和实践上系统、 完整地解决了膨胀土边坡的稳定分析理 论和方法，为有效解决南水北调中线工 程膨胀边坡稳定问题奠定了基础。 （三）膨胀土的处理措施研究 在有关膨胀土渠坡稳定的处理措 施方面，人们普遍认为，膨胀土的边坡 失稳主要为浅层的牵引式破坏，因此， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 在该课题的研究内容中，处理措施主要 是针对膨胀土的“ 浅层” 破坏问题。研究 发现：膨胀土边坡不仅在受水增湿条件 下会产生浅层失稳，浅层失稳的主要机 理为土的膨胀变形；而且存在重力作用 下的整体稳定问题，整体稳定受裂隙面 强度控制。对于膨胀变形引起的渠坡破 坏，采用换填土（包括换填非膨胀土、 水泥改性土、土工格栅加筋、土工袋等） 的处理措施可以有效地解决膨胀变形作 用下的渠坡稳定问题；而对于裂隙强度 控制下的渠坡稳定问题则需要采取抗滑 桩、锚杆、混凝土框架梁等支挡加固措 施。 二、渠道膨胀土（岩）处理施工 方法 为了确保膨胀土渠段的施工安全、 施工质量及施工进度，南水北调中线建 管局依托有关单位对中线膨胀土（岩） 问题的研究进展，组织编制了渠道膨胀 土（岩）处理施工技术要求，对膨胀土 （岩）现场鉴别方法、施工技术、施工 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 控制指标、质量检测方法、安全监测等 提出了较为具体的要求，为渠道膨胀土 （岩）处理设计和施工提供了有效参考。 （一）膨胀等级划分依据 以自由膨胀率作为划分膨胀等级 的主要指标，同时兼顾其它宏观物理特 征和其它指标，主要划分依据：当渠段 某层土体自由膨胀率大于 90%的试样数 大于该层试样总量的 l/3 时，则该层定 为强膨胀岩 （土）层，该渠段定为强 膨胀岩（土）渠段；当渠段某层土体自 由膨胀率大于 65%的试样数大于该层试 样总量的 1/3 时，则该层定为中等膨胀 岩（土）层，该渠段定为中等膨胀岩 （土）渠段；当渠段某层土体自由膨胀 率大于 40%的试样数大于该层试样总量 的 1/3 时，则该层定为弱膨胀岩（土） 层，该渠段定为弱膨胀岩（土）渠段。 （二）开挖技术要求 由于膨胀岩土渠段具有膨胀潜势， 易胀缩，裂隙较发育，强度低，边坡稳 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 定性差。膨胀土（岩）渠道开挖前，须 根据现场地形和水文地质情况，做好地 表水导引及截排措施和坡面及基坑的积 水引排措施。 开挖过程中一般采用分层、分段 开挖，为了防止建基面长期暴露在空气 中，应预留保护层，并及时进行坡面及 基面的防护。 （三）施工技术 南水北调中线工程膨胀土（岩） 处理以换填为主，膨胀土处理方法有水 泥改性土换填和非膨胀土换填等，膨胀 岩处理方法有非膨胀土换填和土工格栅 加筋换填等。当工程区附近或渠道开挖 有可利用的非膨胀土时，优先采用非膨 胀土；无非膨胀土时采用水泥改性土。 1.水泥改性土换填要求 水泥改性土指掺混适量水泥改善 膨胀土的膨胀特性，改性效果可从改性 土的膨胀性、碾压干密度、渗透特性、 抗剪强度、变形模量等方面衡量，并结 合工程设计需要综合评价。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 水泥改性土填筑前，根据不同的 料源及水泥掺量做室内水泥改性土击实 试验，以确定水泥改性土的最优含水量 及最大干密度。水泥改性土填筑压实度 宜不小于 0.98，并防止过压。初拟水泥 改性土含水率控制在最优含水率 （+1%+3%） ，铺土厚度 30cm（2cm） ，振动凸块碾碾压。 在分层填筑上升过程中，及时对填筑面 及填筑边坡进行洒水养护，以防止水泥 改性土砂化。边坡面开挖成小台阶状， 做到处理层与边坡更好的结合。 2.非膨胀土换填要求 换填所用土料应进行膨胀性检测， 确认为非膨胀土方可使用。进入填筑仓 面的非膨胀土块粒径宜不大于 10cm。 如土料颗粒超径，则需进行剔除或破碎 至满足设计粒径要求。 非膨胀土换填层的压实度一般控 制在不小于 0.96，并防止过压。在边坡 换填时，采用自卸汽车运土料进占法铺 料，尽量减少运输车辆对工作面的碾压。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 填筑时铺土厚度 30cm 左右，振动凸块 碾碾压。碾压机械沿渠道轴线方向前进、 后退全振错距法碾压，前进、后退一个 来回按两遍计，碾迹重叠不小于 20cm。碾压速度控制在 24km/h 范围 内，开始碾压时宜用慢速。 3.土工格栅换填要求 土工格栅采用人工分层铺设，一 端用 10 的 U 型钢筋钉固定于基层地面， 另一端（自由端）拉紧固定，在两幅土 工格栅之间的搭接处采用 10 的 U 型钢 筋钉固定，在自由端向上层反包搭接包 裹形成坡面，反包长度不小于 100cm， 格栅之间搭接均用连接棒连接。 经过检测的弱膨胀土料可进行土 工格栅加筋换填。渠坡处理层填筑的弱 膨胀岩（土）料粒径不大于 100cm，一 般采用天然含水量的弱膨胀性开挖料直 接进行换填处理。当天然含水率与最优 含水率相差较大，难以压实时，进行加 水或摊铺晾晒。 三、安全监测分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 膨胀土安全监测对于研究膨胀土 渠道变形破坏机理、分析监测因子对膨 胀土变形的影响规律以及如何治理膨胀 土至关重要。膨胀土监测内容主要包括： 变形、应力、环境量、岩土体性质、土 壤含水量、吸力以及地表巡视检查等。 南水北调中线干线工程经过若干 年的施工期和一年的运行期，积累了部 分安全监测数据，可通过对渗压、应力、 变形、含水量等监测资料进行初步分析， 探索膨胀土（岩）渠道的安全性状变化 过程和分布规律。 通水运行初期，膨胀土（岩）渠 段巡视检查频次为 1 天 1 次，主要检查 发现是否存在影响工程安全运行的问题。 变形等观测频次为每 7 天 1 次，主要观 测变形、渗压等数据是否出现异常。 截至 2016 年初，南水北调中线 膨胀土（岩）渠段工程运行稳定，巡视 检查未发现膨胀土（岩）渠段出现影响 工程安全运行的严重问题，且安全监测 报告显示，变形、渗压等各监测项目的 -精选财经经